Генераторы линейно изменяющегося напряжения (глин)

Общие сведения:

Линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) - это напряжение, которое в

течение промежутка времени, называемого рабочим ходом, изменяется

по линейному закону, а затем в течение промежутка времени, называемого

обратным ходом, возвращается к исходному уровню.

Устройства, предназначенные для формирования ЛИН - это

генераторы ЛИН (ГЛИН). Их часто называют генераторами

пилообразного напряжения.

Пилообразное напряжение может быть:

• линейно нарастающим

• линейно падающим

Характеристики ЛИН:

• Uo – начальный уровень

• Um – амплитуда ЛИН

• Тр – время рабочего хода

• То – время обратного хода

• ε –коэффициент нелинейности

Здесь U‘(0)-скорость изменения ЛИН в начале рабочего хода

U‘(Тр)- скорость изменения ЛИН в конце рабочего хода

Принцип действия ГЛИН:

• Принцип получения пилообразного напряжения заключается в медленном заряде (или разряде) конденсатора через большое сопротивление во время прямого хода и в быстром его разряде (или заряде) через малое сопротивление во время обратного хода.

• Основой ГЛИН является емкость , через

которую от источника тока (ИТ)

протекает постоянный ток, благодаря чему

при разомкнутом ключевом устройстве (К)

напряжение на емкости изменяется по

линейному закону.

• При замыкании К емкость

разряжается через сопротивление К

Схема простейшего ГЛИН и его АЧХ:

Режимы работы ГЛИН:

• ждущем режиме (для получения ЛИН нужен внешний импульс напряжения)

• автоколебательном режиме (ЛИН формируется регулярно)

Типы ГЛИН:

• с интегрирующей RC-цепочкой

• с токостабилизирующим двухполюсником

• с компенсирующей обратной связью (ОС)

ГЛИН с интегрирующей RC-цепочкой:

Интегрирующая RC – цепочка:

RС-цепочка является основой этого вида ГЛИН

→

При τ=RC>>t1 , Uc1 <<U→на отрезке времени [0,t1]:

На начальном участке экспоненты скорость изменения напряжения примерно постоянна и при малых значениях t формируется ЛИН

Реализация генератора на основе транзисторного ключа:

ГЛИН с интегрирующей RC -цепочкой может быть реализован на основе транзисторного ключа. D(Eф)-диодный ограничитель ( используется для предотвращения пробоя транзистора )

• До момента времени t1 транзисторный ключ находится в режиме

насыщения.

• В момент времени t1 транзистор входит в режим отсечки: емкость

заряжается от источника через сопротивление Rk.

• В момент времени t2 транзистор опять входит в режим насыщения:

емкость через малое сопротивление промежутка коллектор-эмиттер разряжается.

Достоинства и недостатки:

Достоинства:

простота реализации

Недостатки:

для получения малого коэффициента нелинейности необходимо, чтобы напряжение генератора U было гораздо (на порядок и более) больше амплитуды ЛИН.

ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником:

Принцип построения:

Токостабилизирующий двухполюсник обеспечивает протекание через ГЛИН постоянного тока независимо от приложенного напряжения. Через двухполюсник R и емкость С протекает ток iR:

Схема:

По принципу действия данный генератор аналогичен ГЛИН с интегрирующей RC – цепочкой, но теперь вместо сопротивленияRк используется токостабилизирующий двухполюсник.

Токостабилизирующий двухполюсник на основе транзистора:

При постоянном токе базы даже при значительном уменьшении напряжения

коллекторный ток транзистора уменьшается незначительно. При этом рабочая точка смещается из А в С.

Недостаток схемы ГЛИН и его устранение:

Недостаток:

При подключении к выходу (к емкости С) сопротивления нагрузки искажается линейность выходного напряжения. Избежать этого можно, реализовав ГЛИН так

ГЛИН с компенсирующей обратной связью (ОС):

Принцип действия:

• Компенсирующее напряжение повторяет напряжение на емкости при размыкании ключа и заряде

этой емкости от источника.

• Поскольку включено встречно к напряжению на С , то напряжение,

приложенное к R постоянно. Следовательно, ток, проходящий через С и R , также постоянен.

Структурная схема:

• UR = E + Uвых – Uc

• Uвых = K*Uc = Uc (K=1)

• UR = IR*R

• IR = (E + Uвых – Uc)/R

• IR = E/R=const

Так как ток через емкость постоянен, то напряжение на выходе меняется линейно.

Принципиальная схема:

Т1– насыщенный транзисторный ключ

Т2 – эмиттерный повторитель

Для обеспечения постоянства тока нужно, чтобы за время формирования прямого хода напряжение на емкости Со сохранялось постоянным, поэтому величину емкости Со выбирают как можно большей.

Реализация ГЛИН с использованием операционного усилителя :

В момент времени t1ключ К размыкается и осуществляется прямой ход.

В момент времени t2 ключ замыкается, емкость С разряжается и на выходе

устанавливается нулевое напряжение.

АЧХ:

Применение:

ГЛИН применяют:

• для развертки электронного луча в электроннолучевых трубках телевизионных, осциллографических и радиолокационных устройств

• в схемах сравнения для задержки импульсов во времени

• в преобразователях “напряжение-временной интервал”

• в широтно-импульсных модуляторах